微练65 洛伦兹力在现代科技中的应用-【高考领航】2025年高考物理一轮复习微专题速练

微练65　洛伦兹力在现代科技中的应用 1.静止的钚-238在磁场中衰变产生的粒子和新核在磁场中运动的轨迹如图所示，则(　　) A．a为α粒子轨迹 B．b为β粒子轨迹 C．新核和衰变粒子圆周运动方向相反 D．新核和衰变粒子动量相同 2．现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时会产生变化的磁场，穿过真空室所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空室空间内就产生感生电场，电子将在感生电场作用下得到加速。如图所示(上方为侧视图，下方为真空室的俯视图)，当电磁铁绕组通以图中所示的电流时，电子被“约束”在半径为R的圆周上沿顺时针方向运动，下列说法正确的是(　　) A．电磁铁绕组中的电流必须持续增大 B．电子感应加速器是利用磁场对电子的洛伦兹力作用使电子加速的 C．电磁铁绕组中通以恒定的电流时，真空室中的电子仍能得到加速 D．根据楞次定律可知，电子在感生电场中的受力方向与电场方向相同 3．电磁泵在目前的生产、科技中得到了广泛应用。如图所示，泵体是一个长方体，ab边长为L1，两侧端面是边长为L2的正方形；流经泵体内的液体密度为ρ，在泵头通入导电剂后液体的电导率为σ(电阻率的倒数)，泵体所在处有方向垂直向外的磁场B，把泵体的上下两表面接在电压为U(内阻不计)的电源上。则(　　) A．泵体上表面应接电源负极 B．通过泵体的电流I＝UL2σ C．仅将磁场方向反向，电磁泵仍能正常工作 D．增大液体的电导率σ可获得更大的抽液高度 4．如图所示，来自外层空间的大量带电粒子进入地磁场影响范围后，粒子将绕地磁感线做螺旋运动，形成范艾伦辐射带。螺旋运动中回转一周的时间称为周期，回转一周前进的距离称为螺距。忽略带电粒子之间以及带电粒子与空气分子之间的相互作用，带电粒子向地磁场两极运动的过程中，下列说法正确的是(　　) A．粒子运动的速率逐渐变大 B．粒子运动的周期不变 C．粒子螺旋运动的半径不变 D．粒子螺旋运动的螺距逐渐变小 5．我国最北的城市漠河地处高纬度地区，在晴朗的夏夜偶尔会出现美丽的彩色“极光”。“极光”是宇宙中高速运动的带电粒子受地球磁场影响，与空气分子作用的发光现象，若宇宙粒子带正电，因入射速度与地磁方向不垂直，故其轨迹偶成螺旋状如图所示(相邻两个旋转圆之间的距离称为螺距Δx)。下列说法正确的是(　　) 　 A．带电粒子进入大气层后与空气发生相互作用，在地磁场作用下的旋转半径会越来越大 B．若越靠近两极地磁场越强，则随着纬度的增加，以相同速度入射的宇宙粒子的半径越大 C．漠河地区看到的“极光”将以逆时针方向(从下往上看)向前旋进 D．当不计空气阻力时，若入射粒子的速率不变仅减小与地磁场的夹角，则旋转半径减小，而螺距Δx增大 6.(多选)局部空间的地磁场对宇宙射线的作用原理可以用如下的简化模型来研究。如图所示，正圆柱体形状的空间内存在沿轴线方向、大小为B的匀强磁场。一个电量大小为e、质量为m的电子以v0的初速度从圆柱体的底面O点出发，沿与轴线成30°角的方向射入磁场，一段时间后恰好经过该圆柱体空间的另一底面圆心O′点。不考虑洛伦兹力以外的其它力，下列说法正确的是(　　) A．圆柱体空间的底面半径一定不小于 B．电子在圆柱体空间内运动的时间可能为 C．圆柱体空间的高可能为 D．电子在圆柱体空间内运动的某段时间里动量变化量不可能为零 7．在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，由于不允许传动机械部分与这些液体相接触，常使用一种电磁泵。如图所示是一种液态金属电磁泵的简化结构示意图，将装有液态金属、截面为矩形的导管的一部分水平置于匀强磁场中，当电流穿过液态金属时，液态金属即被驱动。若输送液态金属的管道(用特殊陶瓷材料制成)截面长为a，宽为b(不计管道壁的厚度)，正、负电极板镶嵌在管道两侧(两极板正对且与管内液态金属良好接触)，电极板长为c，宽为b；正、负电极板间的液态金属恰好处在磁场区域内，该磁场的磁感应强度为B，方向与导管上、下表面垂直；通过两电极板间液态金属的电流为I；液态金属在磁场驱动力的作用下，在导管中以恒定的速率v流动。已知液态金属的电阻率为ρ。 (1)导管截面上由磁场驱动力所形成的附加压强是多大？ (2)在Δt时间内，电流通过两电极板间液态金属所消耗的电能是多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 微练65　洛伦兹力在现代科技中的应用 1．C　原子核发生衰变，粒子的速度方向相反，由图可知粒子的运动的轨迹在同一侧，根据左手定则可以得知，衰变后的粒子带的电性相反，所以释放的粒子应该是电子，所以原子核发生的应该是β衰变；衰变后，粒子做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力有qvB＝m，解得R＝，静止的原子核发生衰变，根据动量守恒可知，衰变前后，动量守恒，故两个粒子的动量大小相等，方向相反，磁感应强度也相等，故q越大，轨道半径越小；故大圆a是释放粒子的运动轨迹，小圆b是新核的运动轨迹，两者运动方向相反。故选C。 2．A　当电磁铁绕组通以图示电流时，线圈中的电流增大，磁场增强，根据楞次定律，感生电场产生的磁场要阻碍其增大，所以感生电场为逆时针方向，电子沿顺时针方向运动，加速器应对电子加速，A正确；洛伦兹力恒不做功，B错误；电磁铁绕组中通以恒定的电流时，不会发生电磁感应现象，也就不会产生感生电场，电子得不到加速，C错误；电子在感生电场中的受力方向与电场方向相反，这与楞次定律无关，D错误。 3．D　当泵体上表面接电源的正极时，电流从上向下流过泵体，这时受到的磁场力水平向左，拉动液体，A错误；根据电阻定律，泵体内液体的电阻R＝ρ＝×＝，因此流过泵体的电流I＝＝UL1σ，B错误；仅将磁场方向反向，根据左手定则，安培力和原来相反，液体的运动方向也会相反，电磁泵不能正常工作，C错误；若增大液体的电导率σ，可以使电流增大，受到的磁场力增大，使抽液高度增大，D正确。 4．D　由于洛伦兹力总不做功，则粒子的速率总保持不变，A错误；由于带电粒子向地磁场两极运动的过程中，磁感应强度越来越大，根据周期公式T＝，可知磁感应强度越大，周期越小，B错误；由于带电粒子向地磁场两极运动的过程中，磁感应强度越来越大，根据半径公式r＝可知，磁感应强度越大，半径越小，C错误；粒子的速度方向与磁感应强度方向不是相互垂直，与磁场方向平行的分速度不受洛伦兹力，该方向做匀速直线运动，则粒子螺旋运动的螺距为x＝vT，周期变小了，粒子螺旋运动的螺距逐渐变小，D正确。 5．D　带电粒子进入大气层后，由于与空气相互作用，粒子的运动速度会变小，在洛伦兹力作用下的偏转半径r＝，会变小，A错误；若越靠近两极地磁场越强，则随着纬度的增加地磁场变强，其他条件不变，则半径变小，B错误；漠河地区的地磁场竖直分量是竖直向下的，宇宙粒子入射后，由左手定则可知，从下往上看将以顺时针的方向向前旋进，C错误；当不计空气阻力时，将带电粒子的运动沿磁场方向和垂直于磁场方向进行分解，沿磁场方向将做匀速直线运动，垂直于磁场方向做匀速圆周运动。若带电粒子运动速率不变，与磁场的夹角变小，则速度的垂直分量变小，故粒子在垂直于磁场方向的运动半径会减少，即直径D减小。而速度沿磁场方向的分量变大，故沿磁场方向的匀速直线运动将变快，则螺距Δx将增大。D正确。 6．BC　将速度分解为沿磁场方向和垂直于磁场方向，则电子在沿磁场方向做匀速直线运动，在垂直于磁场方向做匀速圆周运动，其圆周运动半径r＝，其在圆柱体中心一侧运动范围为直径，故圆柱体半径应不小于2r，R≥2r＝＝，故A错误；一段时间后恰好经过该圆柱体空间的另一底面圆心O′点，则运动时间与圆周运动周期关系为t＝nT，T＝，故B正确；电子沿磁场方向位移h＝t＝nT＝·，故C正确；电子运动时间为周期整数倍时动量变化量为零，故D错误。 7．解析：(1)通电液体在磁场中受到的安培力F＝BIa，则导管截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p＝＝＝。 (2)电路产生的热量Q＝I2RΔt＝I2ρΔt，所以在Δt时间内，电流通过两电极板间液态金属所消耗的电能ΔE＝Q＋E机＝I2ρΔt＋BIavΔt＝IaΔt。 答案：(1)　(2)IaΔt 学科网（北京）股份有限公司 $$